KR20110119621A - Method for production of styrene from toluene and methanol - Google Patents
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Abstract
반응기에서 메탄올을 포름알데히드로 변환시킨 다음 개별 반응기에서 스티렌을 형성하기 위해 톨루엔과 상기 포름알데히드를 반응시켜 스티렌을 제조하는 방법이 기재되어 있다.A method is described for preparing styrene by converting methanol in the reactor to formaldehyde and then reacting the toluene with the formaldehyde to form styrene in a separate reactor.
Description
본 발명은 스티렌을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing styrene.
스티렌은 많은 플라스틱의 제조에 사용되는 중요한 단량체이다. 스티렌은 에틸벤젠을 제조한 다음 스티렌을 제조하기 위해 탈수되어 일반적으로 제조된다. 에틸벤젠은 벤젠의 알킬화를 포함하는 하나 이상의 방향족 변환에 의해 일반적으로 형성된다.Styrene is an important monomer used in the manufacture of many plastics. Styrene is generally prepared by making ethylbenzene and then dehydrating to produce styrene. Ethylbenzene is generally formed by one or more aromatic transformations, including alkylation of benzene.
분자체 형태 촉매를 사용하여 일반적으로 수행되는 방향족 변환 공정은 화학 공정 산업에 잘 알려져 있다. 이러한 방향족 변환 공정은 에틸벤젠과 같은 알킬 방향족을 생산하기 위해 에틸렌과 벤젠과 같은 방향족 화합물의 알킬화를 포함한다. 대표적으로 알킬화 반응기는 모노알킬과 폴리알킬 벤젠의 혼합물을 생성할 수 있으며, 이는 폴리알킬 벤젠의 모노알킬 벤젠으로의 변환을 위한 트랜스알킬화 반응기와 결합될 수 있다. 트랜스알킬화 공정은 폴리알킬화 방향족 프랙션의 불균등화를 초래하는 조건에서 작동되며, 이는 개선된 에틸벤젠 콘텐트와 환원된 폴리알킬화된 콘텐트를 갖는 산물을 생산할 수 있다. 알킬화 및 트랜스알킬화 공정 모두가 사용되는 경우, 각각 자신의 촉매를 갖는 두 개의 개별 반응기가 공정 각각을 위해 채택될 수 있다.Aromatic conversion processes that are generally performed using molecular sieve catalysts are well known in the chemical processing industry. This aromatic conversion process involves the alkylation of aromatic compounds such as ethylene and benzene to produce alkyl aromatics such as ethylbenzene. Typically the alkylation reactor can produce a mixture of monoalkyl and polyalkyl benzene, which can be combined with a transalkylation reactor for the conversion of polyalkyl benzene to monoalkyl benzene. The transalkylation process operates under conditions that result in disproportionation of the polyalkylated aromatic fractions, which can produce products with improved ethylbenzene content and reduced polyalkylated content. If both alkylation and transalkylation processes are used, two separate reactors, each with its own catalyst, may be employed for each of the processes.
에틸렌은 에탄, 프로판, 부탄 또는 나프타와 같은 탄화수소의 열분해(thermal cracking)로부터 주로 수득된다. 에틸렌은 또한 다양한 정제 공정에서 생산되고 회복될 수 있다. 상대적 순수 에틸렌의 생산을 위한 열분해와 분리 기술은 총 에틸벤젠 생산 비용의 중요한 부분을 차지할 수 있다.Ethylene is obtained primarily from thermal cracking of hydrocarbons such as ethane, propane, butane or naphtha. Ethylene may also be produced and recovered in various purification processes. Pyrolysis and separation techniques for the production of relative pure ethylene can be an important part of the total cost of ethylbenzene production.
벤젠은 촉매 존재하에서 상승되는 온도(예를 들어 500℃ 내지 600℃)로 과잉 수소와 톨루엔의 혼합물을 가열하는 것을 포함하는 톨루엔의 수소첨가알킬제거반응으로부터 얻어질 수 있다. 이러한 조건에서, 톨루엔은 화학식에 따른 알킬제거반응을 거칠 수 있다: H6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4. 이 반응은 에너지 입력을 요구하고 위의 식에서 볼 수 있듯이 부산물로 메탄을 생산할 수 있으며, 이는 전형적으로 분리되어 공정을 위한 연료를 가열함으로써 사용될 수 있다.Benzene may be obtained from hydroalkylation of toluene, which involves heating a mixture of excess hydrogen and toluene to an elevated temperature (eg, 500 ° C. to 600 ° C.) in the presence of a catalyst. Under these conditions, toluene can undergo a dealkylation reaction according to the formula: H 6 H 5 CH 3 + H 2 → C 6 H 6 + CH 4 . This reaction requires energy input and can produce methane as a by-product, as shown in the equation above, which can typically be separated and used to heat the fuel for the process.
위의 관점에서, 열분해와 에틸렌 원료와 같은 고가의 분리 기술에 의존하지 않는 스티렌 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 고유 비용을 갖는 톨루엔을 벤젠으로 변환하는 공정과 메탄을 형성하는 탄소 원자의 손실을 피하는 것이 바람직하다. 피드스트림과 같은 벤젠과 에틸렌을 사용하지 않고 스티렌을 제조하는 것이 바람직하다.In view of the above, it is desirable to provide a styrene production method that does not rely on expensive separation techniques such as pyrolysis and ethylene feed. It is also desirable to avoid the process of converting toluene with intrinsic cost to benzene and the loss of carbon atoms forming methane. It is preferred to produce styrene without the use of benzene and ethylene as feed streams.
본 발명의 일 실시예는 포름알데히드를 포함하는 제 1 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 제 1 반응기에서 메탄올을 포름알데히드로 변환하고 스티렌을 포함하는 제 2 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 제 2 반응기에서 톨루엔과 포름알데히드를 반응시키는 공정이다. 제 1 생성물 스트림은 수소, 물 또는 메탄올 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 메탄올은 상기 제 1 생성물 스트림으로부터 분리되고 상기 하나 이상의 반응기로 재순환될 수 있다.One embodiment of the present invention provides one or more second reactors for converting methanol into formaldehyde in one or more first reactors to form a first product stream comprising formaldehyde and for forming a second product stream comprising styrene. Is a process of reacting toluene and formaldehyde. The first product stream may comprise one or more of hydrogen, water or methanol. Methanol can be separated from the first product stream and recycled to the one or more reactors.
공정은 메탄올을 포름알데히드와 물로 변환하여 상기 제 1 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 산화 반응기를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 공정은 임의로 메탄올을 포름알데히드와 수소로 변환하여 상기 제 1 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 탈수소화 반응기를 사용하는 것을 포함할 수 있다.The process may include using one or more oxidation reactors to convert methanol into formaldehyde and water to form the first product stream. The process may optionally include using one or more dehydrogenation reactors to convert methanol into formaldehyde and hydrogen to form the first product stream.
제 2 생성물 스트림은 톨루엔, 물 또는 포름알데히드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 존재한다면, 톨루엔 및/또는 포름알데히드는 제 2 생성물 스트림으로부터 분리되고 하나 이상의 제 2 반응기로 재순환될 수 있다. 하나 이상의 제 2 반응기는 스티렌을 형성하기 위해 톨루엔과 포름알데히드를 반응시키기 위해 촉매를 함유한 반응 조건에서 반응 영역을 포함할 수 있다. 공정은 제 1 생성물 스트림으로부터 포름알데히드를 분리하기 위한 분리 단계로 상기 제 1 생성물 스트림을 보내는 것을 포함할 수 있다.The second product stream may comprise one or more of toluene, water or formaldehyde. If present, toluene and / or formaldehyde may be separated from the second product stream and recycled to one or more second reactors. The one or more second reactors may comprise a reaction zone at reaction conditions containing a catalyst for reacting toluene and formaldehyde to form styrene. The process may include sending the first product stream to a separation step to separate formaldehyde from the first product stream.
본 발명의 다른 실시예는 포름알데히드, 수소, 물 또는 메탄올 중 하나 이상을 포함하는 제 1 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 제 1 반응기에서 메탄올을 포름알데히드로 변환시켜 스티렌을 제조하는 방법이다. 제 1 생성물 스트림으로부터 포름알데히드를 분리하기 위한 제 1 분리 단계로 상기 제 1 생성물 스트림이 진행한다. 분리 단계는 제 1 생성물 스트림으로부터 수소를 제거하기 위한 멤브레인을 포함할 수 있다.Another embodiment of the present invention is a process for preparing styrene by converting methanol into formaldehyde in one or more first reactors to form a first product stream comprising one or more of formaldehyde, hydrogen, water or methanol. The first product stream proceeds to a first separation step for separating formaldehyde from the first product stream. The separation step may comprise a membrane for removing hydrogen from the first product stream.
톨루엔과 포름알데히드는 스티렌, 톨루엔, 물, 또는 포름알데히드 중 하나 이상을 포함하는 제 2 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 제 2 반응기에서 반응된다. 제 2 생성물 스트림으로부터 스티렌을 분리하기 위한 제 2 분리 단계로 상기 제 2 생성물 스트림이 진행한다. 존재하는 메탄올은 상기 제 1 생성물 스트림으로부터 분리되고 상기 하나 이상의 제 1 반응기로 재순환될 수 있다. 존재한다면, 톨루엔과 포름알데히드는 제 2 생성물 스트림으로부터 분리되고 상기 하나 이상의 제 2 반응기로 재순환될 수 있다.Toluene and formaldehyde are reacted in one or more second reactors to form a second product stream comprising one or more of styrene, toluene, water, or formaldehyde. The second product stream proceeds to a second separation step for separating styrene from the second product stream. Methanol present can be separated from the first product stream and recycled to the one or more first reactors. If present, toluene and formaldehyde may be separated from the second product stream and recycled to the one or more second reactors.
공정은 제 1 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 산화 반응기를 사용하여 메탄올을 포름알데히드와 물로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 공정은 제 1 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 탈수소화 반응기를 사용하여 메탄올을 포름알데히드와 수소로 변환하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제 2 반응기는 스티렌을 형성하기 위해 톨루엔과 포름알데히드를 반응시키기 위한 촉매를 함유하는 반응 조건에서 반응 영역을 포함할 수 있다. 촉매는 염기성 또는 중성 촉매일 수 있고, 염기성 또는 중성 제올라이트일 수 있다. 촉매는 알칼리 원소, 알칼리 토금속 원소, 희토류 원소, Y, Zr, 및 Nb의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 촉진제를 포함할 수 있다.The process may include converting methanol into formaldehyde and water using one or more oxidation reactors to form a first product stream. The process may include converting methanol into formaldehyde and hydrogen using one or more dehydrogenation reactors to form a first product stream. The one or more second reactors may comprise a reaction zone at reaction conditions containing a catalyst for reacting toluene and formaldehyde to form styrene. The catalyst can be a basic or neutral catalyst and can be a basic or neutral zeolite. The catalyst may comprise one or more promoters selected from the group of alkali elements, alkaline earth metal elements, rare earth elements, Y, Zr, and Nb.
본 발명은, 톨루엔과 메탄올로 스티렌을 제조하는 방법을 제공하는 효과를 갖는다.The present invention has the effect of providing a method for producing styrene from toluene and methanol.
도 1은 포름알데히드와 톨루엔의 반응에 의해 스티렌의 생산을 위한 플로우 차트를 예시하는 도면으로서, 상기 도면에서 포름알데히드는 먼저 메탄올의 탈수소화 또는 산화에 의해 개별 반응기에서 생산되고나서 스티렌을 생산하기 위해 톨루엔와 반응된다.
도 2는 촉매 재생과 연속 반응을 위한 성능을 갖는 본 발명의 일 실시예의 한 가지 양상을 예시하는 개략도.1 is a diagram illustrating a flow chart for the production of styrene by reaction of formaldehyde and toluene, in which formaldehyde is first produced in a separate reactor by dehydrogenation or oxidation of methanol to produce styrene. Reacts with toluene.
2 is a schematic diagram illustrating one aspect of an embodiment of the present invention having performance for catalyst regeneration and continuous reaction.
톨루엔은 코-피드(co-feed)로 메탄올 또는 메탄/산소와의 반응에 의해 스티렌을 생산하기 위해 사용되었다. 이론적으로 아래 식과 같이 메탄올(CH3OH)과 톨루엔(C6H5CH3)이 함께 반응하여 스티렌, 물, 및 수소 기체를 생성한다:Toluene was used to produce styrene by reaction with methanol or methane / oxygen in co-feed. Theoretically, methanol (CH 3 OH) and toluene (C 6 H 5 CH 3 ) react together to produce styrene, water, and hydrogen gas, as shown below:
CH3OH + C6H5CH3 → C8H8 + H2O + H2 CH 3 OH + C 6 H 5 CH 3 → C 8 H 8 + H 2 O + H 2
그러나, 실제로 메탄올(CH3OH)은 종종 포름알데히드(CH2O)와 수소 기체(H2)로 탈수소화된다. 종종 톨루엔 변환이 낮거나 메탄올의 생산에 대한 선택성이 너무 낮아 공정이 경제적일 수 없다. 메탄올의 COx 또는 메탄으로의 변환은 쉽게 복구되지 않는 원치 않는 부생성물 스트림을 초래할 수 있다. 이러한 원치않는 부반응을 피하기 위해, 개별 반응기를 사용하여 메탄올을 포름알데히드로 변환하는 스티렌을 제조하는 방법이 개시된다. 그리고나서 톨루엔은 포름알데히드과 직접 반응하여 스티렌과 물을 생성한다. 이러한 공정은 메탄올의 불안정한 측면을 피할 수 있다.In practice, however, methanol (CH 3 OH) is often dehydrogenated to formaldehyde (CH 2 O) and hydrogen gas (H 2 ). Often the process cannot be economical because the toluene conversion is low or the selectivity for the production of methanol is too low. Conversion of methanol to COx or methane can result in unwanted byproduct streams that are not easily recovered. In order to avoid such unwanted side reactions, a process for producing styrene converting methanol to formaldehyde using a separate reactor is disclosed. Toluene then reacts directly with formaldehyde to produce styrene and water. Such a process can avoid unstable aspects of methanol.
포름알데히드는 메탄올의 산화 또는 탈수소화에 의해 생성될 수 있다. 은-기반 촉매이 이 공정에서 가장 흔하게 사용되지만 구리도 또한 사용될 수 있다. 철-몰리브덴-산화물 촉매는 전형적으로 탈수소화 루트를 위해 사용된다. 메탄올의 포름알데히드로의 탈수소화 또는 산화를 위한 개별 공정이 사용될 수 있다.Formaldehyde may be produced by oxidation or dehydrogenation of methanol. Silver-based catalysts are most commonly used in this process, but copper may also be used. Iron-molybdenum-oxide catalysts are typically used for dehydrogenation routes. Separate processes for the dehydrogenation or oxidation of formaldehyde of methanol can be used.
그리고나서 스티렌의 생성을 위한 톨루엔과의 반응에 앞서 반응하지 않은 메탄올과 포름알데히드로부터 수소 기체 또는 물로부터 포름알데히드를 분리하기 위해 필요하면 분리 유닛이 이용될 수 있다. 이러한 분리는 포름알데히드가 메탄올로 다시 수소화되는 것을 방지한다. 정제된 포름알데히드는 그리고나서 제 1 반응기로 보내지고 반응하지 않은 메탄올은 재순환될 수 있다. 톨루엔의 측쇄 알킬화를 위한 포름알데히드의 이용은 이하에서 보여준다:A separation unit can then be used if necessary to separate formaldehyde from hydrogen gas or water from unreacted methanol and formaldehyde prior to reaction with toluene for the production of styrene. This separation prevents formaldehyde from being hydrogenated back to methanol. The purified formaldehyde can then be sent to the first reactor and the unreacted methanol can be recycled. The use of formaldehyde for side chain alkylation of toluene is shown below:
CH2O + C6H5CH3 → C8H8 + H2OCH 2 O + C 6 H 5 CH 3 → C 8 H 8 + H 2 O
포름알데히드는 포름알데히드와 물을 생성하는 메탄올의 산화에 의해 생성된다. 메탄올의 산화는 이하의 반응식에서 보여진다:Formaldehyde is produced by the oxidation of methanol, which produces formaldehyde and water. The oxidation of methanol is shown in the following scheme:
2CH3OH + O2 → 2CH2O + 2H2O2CH 3 OH + O 2 → 2CH 2 O + 2H 2 O
또는 포름알데히드는 포름알데히드와 수소 기체를 생성하는 메탄올의 탈수소화에 의해 생성될 수 있다. 이러한 방법은 톨루엔과 포름알데히드의 반응 전에 물의 분리를 요구하지 않기 때문에 선호되는 건조 포름알데히드 스트림을 생성한다. 이러한 탈수소화 반응은 이하의 반응식에서 보여준다:Or formaldehyde may be produced by dehydrogenation of formaldehyde and methanol to produce hydrogen gas. This method produces a preferred dry formaldehyde stream because it does not require separation of water prior to the reaction of toluene with formaldehyde. This dehydrogenation reaction is shown in the following scheme:
CH3OH → CH2O + H2 CH 3 OH → CH 2 O + H 2
포름알데히드의 메탄올로 다시 수소화되는 것을 방지하기 위해, 톨루엔과의 반응에 앞서 물 또는 수소 기체로부터 포름알데히드의 분리를 하는 것이 바람직하다. 산화 또는 탈수소화 반응의 나머지 부산물로부터 포름알데히드를 분리함으로써 스티렌의 생산에서 사용될 수 있는 안정한 포름알데히드 스트림을 얻을 수 있다.In order to prevent the hydrogenation of formaldehyde back to methanol, it is preferred to separate formaldehyde from water or hydrogen gas prior to reaction with toluene. Separation of formaldehyde from the remaining byproducts of the oxidation or dehydrogenation reaction yields a stable formaldehyde stream that can be used in the production of styrene.
반응이 톨루엔과 포름알데히드의 1:1 몰비를 갖지만, 피드스트림의 비율이 본 발명내로 제한되지 않으며 반응 시스템의 효율과 동작 조건에 따라 다양할 수 있다. 과잉 톨루엔 또는 포름알데히드가 반응 영역에 피드되는 경우, 반응하지 않은 부분이 연속해서 분리되어 공정에 다시 재순환될 수 있다. 일 실시예에서, 톨루엔:포름알데히드의 비율이 100:1 내지 1:100의 범위일 수 있다. 또 다른 실시예에서는 톨루엔:포름알데히드의 비율이 50:1 내지 1:50; 20:1 내지 1:20; 10:1 내지 1:10; 5:1 내지 1:5; 2:1 내지 1:2의 범위일 수 있다.Although the reaction has a 1: 1 molar ratio of toluene and formaldehyde, the ratio of feedstream is not limited in the present invention and may vary depending on the efficiency and operating conditions of the reaction system. If excess toluene or formaldehyde is fed to the reaction zone, the unreacted portion can be continuously separated off and recycled back to the process. In one embodiment, the ratio of toluene: formaldehyde may range from 100: 1 to 1: 100. In another embodiment, the ratio of toluene: formaldehyde is 50: 1 to 1:50; 20: 1 to 1:20; 10: 1 to 1:10; 5: 1 to 1: 5; It may range from 2: 1 to 1: 2.
도 1은 위에서 언급된 스티렌 제조 공정의 일 실시예의 간략화된 플로우 차트이다. 제 1 반응기(2)는 탈수소화 반응기 또는 산화 반응기이다. 이 반응기는 제 1 메탄올 피드(1)가 포름알데히드로 변환하도록 고안되었다. 반응기의 기체 산물(3)은 포름알데히드가 반응하지 않은 메탄올과 원치 않는 부산물로부터 분리되는 기체 분리 유닛(4)으로 보내진다. 어떤 반응하지 않은 메탄올(6)은 그리고나서 제 1 반응기(2)로 다시 재순환된다. 부산물(5)은 깨끗한 포름알데히드(7)로부터 분리된다.1 is a simplified flow chart of one embodiment of the styrene manufacturing process mentioned above. The
일 실시예에서, 제 1 반응기(2)는 포름알데히드와 수소를 생산하는 탈수소화 반응기이고 분리 유닛(4)이 생성물 스트림(3)으로부터 수소를 제거할 수 있는 멤브레인이다.In one embodiment, the
또 다른 실시예에서, 제 1 반응기(2)는 포름알데히드와 물을 포함하는 생성물 스트림(3)을 생산하는 산화 반응기이다. 포름알데히드와 물을 포함하는 생성물 스트림(3)은 그리고나서 분리 유닛(4) 없이 제 2 반응기(9)로 보내질 수 있다.In yet another embodiment, the
그리고나서 포름알데히드 피드 스트림(7)은 제 2 반응기(9)에서 톨루엔(8)의 피드 스트림과 반응한다. 톨루엔과 포름알데히드가 반응하여 스티렌을 생성한다. 그리고나서 제 2 반응기(9)의 산물(10)은 물과 같은 원치않는 부산물(15)이 스티렌, 반응하지 않은 포름알데히드 및 반응하지 않은 톨루엔으로부터 분리될 수 있는 임의의 분리 유닛(11)으로 보내질 수 있다. 반응하지 않은 포름알데히드(12)와 반응하지 않은 톨루엔(13)이 반응기로 다시 재순환될 수 있다. 스티렌 생성물 스트림(14)은 분리 유닛(11)으로부터 제거되어 요구되는 경우 이후 처리 또는 공정에 제공될 수 있다.The formaldehyde feed stream 7 then reacts with the feed stream of
반응기와 분리기의 동작 조건은 시스템 특이적일 것이며 피드스트림 조성과 생성물 스트림의 조성에 따라 다양할 수 있다. 톨루엔과 포름알데히드의 반응을 위한 반응기(9)는 비제한적인 예로 250℃ 내지 750℃와 1 atm 내지 70 atm과 같은 높은 온도와 압력에서 동작할 것이고 염기성 또는 중성 촉매 시스템을 포함할 수 있다.The operating conditions of the reactor and separator will be system specific and may vary depending on the composition of the feedstream and the product stream. The
톨루엔과 포름알데히드의 반응에 적합한 촉매는 비제한적인 예로 다음과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다: CuO; ZnO-CuO; ZnO-CuO-Al2O3; CuCr2O3; ZnCr2O3; ZnCr2O3; 또는 ZnO-CuO-Cr2O3. 사용될 수 있는 다른 촉매는 다음과 같은 실리카 또는 티타니아와 같은 기질 상에 지지된 금속을 포함한다: Ru; Rh; Ni; Co; Pd; 또는 Pt. 이들은 또한 Mn, Ti, Zr, V, Nb, K, Cs, 또는 Na과 같은 촉진제를 포함할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 촉매의 다른 그룹은 다음과 같은 황화물 기반 촉매를 포함한다: MoS2; WS2; Mo2WS2; CoMoS2; 또는 NoMoS2. 이러한 황화물 촉매는 K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, La 또는 Ce와 같은 촉매제를 포함할 수 있다.Suitable catalysts for the reaction of toluene and formaldehyde may include, but are not limited to, the following metal oxides: CuO; ZnO-CuO; ZnO-CuO-Al 2 O 3 ; CuCr 2 O 3 ; ZnCr 2 O 3 ; ZnCr 2 O 3 ; Or ZnO-CuO-Cr 2 O 3 . Other catalysts that may be used include metals supported on a substrate, such as silica or titania, such as: Ru; Rh; Ni; Co; Pd; Or Pt. They may also include accelerators such as Mn, Ti, Zr, V, Nb, K, Cs, or Na. Another group of catalysts that can be used in the present invention include sulfide based catalysts such as: MoS 2 ; WS 2 ; Mo 2 WS 2 ; CoMoS 2 ; Or NoMoS 2 . Such sulfide catalysts may include catalysts such as K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, La or Ce.
위의 촉매는 알칼리, 알칼리 토금속 및/또는 희토류 원소와 같이 첨가되는 톨루엔 촉매제를 가질 수 있다. 첨가될 수 있는 다른 톨루엔 촉매제는 Y, Zr, 및/또는 Nb를 포함한다.The catalyst may have a toluene catalyst added such as alkali, alkaline earth metal and / or rare earth elements. Other toluene catalysts that may be added include Y, Zr, and / or Nb.
측쇄 알킬화 선택성에서의 개선은 외부 산기를 저해하고 고리 위치상의 방향족 알킬화를 최소화하는 적합한 화학 화합물로 분자체(molecular seive) 제올라이트 촉매를 처리함으로써 달성될 수 있다. 측쇄 알킬화 선택성의 개선을 위한 다른 수단은 측쇄 알킬화를 용이하게 하는 촉매 구조 상에 제한을 부가하는 것일 수 있다. 일 실시예에서는 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 촉매가 염기성 또는 중성 촉매일 수 있다.Improvements in side chain alkylation selectivity can be achieved by treating the molecular sieve zeolite catalyst with a suitable chemical compound that inhibits external acid groups and minimizes aromatic alkylation on the ring position. Another means for improving side chain alkylation selectivity may be to add a restriction on the catalyst structure that facilitates side chain alkylation. In one embodiment, the catalyst used in one embodiment of the present invention may be a basic or neutral catalyst.
본 발명에 적합한 촉매 반응 시스템은 측쇄 알킬화 선택성을 위해 조정된 제올라이트 또는 비정질 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 비제한적인 예는 다음 중 하나 이상으로 촉진되는 제올라이트일 수 있다: Ru, Rh, Ni, Co, Pd, Pt, Mn, Ti, Zr, V, Nb, K, Cs 또는 Na.Catalytic reaction systems suitable for the present invention may include one or more of zeolites or amorphous materials adapted for side chain alkylation selectivity. Non-limiting examples can be zeolites promoted with one or more of the following: Ru, Rh, Ni, Co, Pd, Pt, Mn, Ti, Zr, V, Nb, K, Cs or Na.
본 발명에 적합한 제올라이트 물질은 파우자사이트(faujasite), 모덴나이트(mordenite), 펜타실(pentasil) 등과 같은 실리케이트계 제올라이트 및 비정질 화합물을 포함할 수 있다. 실리케이트계 제올라이트는, M이 주기율표(새로운 IUPAC)의 1족 내지 16족으로부터 선택된 원소인, SiO2 및 MOx 사면체를 번갈아가며 형성된다. 제올라이트의 이러한 타입은 8-, 10-, 또는 12-원 산소 환 채널을 갖는다. 본 발명의 제올라이트의 한 가지 예는 ZSM-5. ZSM-11, ZSM-22, ZSM-48, ZSM-57 등과 같은 10- 및 12-원 환 제올라이트를 포함할 수 있다.Zeolite materials suitable for the present invention may include silicate-based zeolites and amorphous compounds such as faujasite, mordenite, pentasil, and the like. The silicate-based zeolites are formed by alternating SiO 2 and MO x tetrahedrons, where M is an element selected from Groups 1-16 of the Periodic Table (New IUPAC). This type of zeolite has an 8-, 10-, or 12-membered oxygen ring channel. One example of the zeolites of the present invention is ZSM-5. 10- and 12-membered ring zeolites such as ZSM-11, ZSM-22, ZSM-48, ZSM-57 and the like.
본 발명에 사용될 수 있는 반응기의 실시예는 비제한적 예로 다음을 포함할 수 있다: 고정층 반응기(fixed bed reactor), 유동층 반응기(fluid bed reactor); 및 분류층 반응기(entrained bed reactor). 여기서 서술된 바와 같은 높은 온도와 압력에 가능하고 촉매와 반응물의 접촉할 수 있도록 하는 반응기는 본 발명의 범위 내에서 고려될 수 있다. 특정 반응기 시스템의 실시예는 당업자에 의해 특정 설계 조건과 처리량에 기초하여 결정될 수 있으며, 본 발명의 범위에 있어서 어떠한 제한을 의미하지는 않는다. 본 발명에서 채택될 수 있는 촉매 재생 능력을 갖는 유동층 반응기의 한 가지 예는 도 2에 도시되어 있다. 상승관을 채용한 이러한 종류의 반응기 시스템은 필요에 따라, 예를 들어 열 입력이 필요한 경우 상승관을 절연 또는 가열함으로써 또는 열 발산이 요구되는 경우 냉각수로 상승관을 덮음으로써 변형될 수 있다. 이러한 고안은 출구선으로부터 재생관으로부터 촉매를 빼내거나 동작 중 시스템으로 새로운 촉매를 부가함으로써 공정이 동작 중에 촉매를 대체하기 위해 사용될 수 있다.Embodiments of reactors that may be used in the present invention may include, but are not limited to, fixed bed reactors, fluid bed reactors; And an entrained bed reactor. Reactors that are capable of high temperatures and pressures as described herein and that allow for contact of the catalyst with the reactants can be contemplated within the scope of the present invention. Embodiments of a particular reactor system may be determined by one skilled in the art based on specific design conditions and throughput, and do not imply any limitation in the scope of the present invention. One example of a fluidized bed reactor with catalytic regeneration capacity that can be employed in the present invention is shown in FIG. This kind of reactor system employing a riser can be modified as needed, for example by insulating or heating the riser if heat input is required or by covering the riser with coolant if heat dissipation is required. This design can be used to replace the catalyst during operation by removing the catalyst from the regeneration tube from the exit line or adding new catalyst to the system during operation.
도 2는 촉매 재생으로 계속적 반응의 성능을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략적 예시도이다. 반응 공정(20)은 대체로 반응(21)과 재생(22)을 위한 두 개의 주요 영역을 포함한다. 반응 영역은 분리관(24)이라 할 수 있는 대량 공정 용기로 비워지는 도관의 배출액을 갖는, 주요 반응 사이트로서 수직관 또는 상승관(23)으로 구성될 수 있다. 반응 상승관(reaction riser)(23)에서, 톨루엔과 포름알데히드와 같은 피드 스트림(25)이 반응기 조건에서 상대적으로 촉매의 유체화된 층일 수 있는 유체화 촉매와 접속된다. 반응의 실질적 완성을 위해 필요한 상승관(23)에서 촉매와 탄화수소의 잔류 시간은 특정 반응기 고안과 처리량 고안을 위해 필요에 따라 다양할 수 있다. 상승관(23)을 떠나는 흐르는 증기/촉매 스트림은 상승관으로부터 분리 용기(24)의 상면내와 상면에 보통 위치한 사이클론(cyclone)(26)과 같은 고체-증기 분리 장치로 진행한다. 반응의 산물은 하나 이상의 사이클론(26)에 의해 증기 스트림에 의해 운반되는 촉매의 일부로부터 분리될 수 있고 산물은 선(27)을 통해 사이클론(26)과 분리 용기(24)를 빠져나갈 수 있다. 사용된 촉매는 분리 용기(24)의 하부에 위치한 스트립퍼(28)로 떨어진다. 촉매는 스트립퍼(28)에 연결된 도관(29)을 따라 재생 용기(22)로 운반될 수 있다.2 is a schematic illustration according to an embodiment of the present invention having the performance of continuous reaction with catalyst regeneration. The
촉매는 반응 영역(21)으로부터 재생 용기(22)로 연속적으로 순환될 수 있고 다시 반응 영역(21)으로 순환될 수 있다. 그러므로 촉매는 필요한 촉매 활동뿐 아니라 영역으로부터 영역으로 열의 운반을 위한 운송기로 작용할 수 있다. 재생 영역(22)으로 운반되는 반응 영역(21)으로부터의 촉매는 "소비된 촉매"라 할 수 있다. "소비된 촉매"라는 용어는, 촉매 입자에 의해 촉매 활동의 부족(total lack)을 나타내려하는 것은 아니다. 재생 용기(22)로부터 배출되는 촉매는 "재생된" 촉매라 할 수 있다. 촉매는 열에 의해 재생 용기(22)에서 재생될 수 있고 재생 스트림(30)과 접속될 수 있다. 재생 스트림(30)은 산소를 포함할 수 있고 증기를 포함할 수 있다. 재생 촉매는 선(32)을 통해 재생 용기(22)에서 제거될 수 있는 하나 이상의 사이클론(31)을 사용하여 재생 스트림으로부터 분리될 수 있다. 재생 촉매는 선(33)을 통해 피드 스트림(25)과 다시 접촉하는 상승관(23)의 하부로 운반될 수 있고 상승관(23)으로 올라갈 수 있다.The catalyst can be continuously circulated from the
함유하다, 포함하다, 갖는다 등의 보다 광범위한 용어의 사용은, ~로 구성되다, ~로 필수 구성되다, 실질적으로 ~로 이루어지다 등과 같은 더 좁은 용어에 대한 지지를 제공하는 것으로 이해해야 할 것이다.It is to be understood that the use of a broader term, including, including, having, etc., provides support for narrower terms such as consisting of, consisting essentially of, consisting substantially of, and the like.
"분자체(molecular seive)"라는 용어는, 하나 이상의 구성요소의 선택적 교합에 의해 탄화수소 또는 다른 혼합물을 분리하는 데 사용될 수 있거나 촉매 변환 공정에서 촉매로 사용될 수 있는 고정되고, 개-네트워크 구조, 보통 결정제를 갖는 물질을 말한다.The term “molecular seive” is a fixed, open-network structure, usually that can be used to separate hydrocarbons or other mixtures by selective occlusion of one or more components, or can be used as a catalyst in catalytic conversion processes. Refers to a substance having a crystalline agent.
청구항의 구성요소에 대하여 "선택적으로(optionally)"라는 용어를 사용하는 것은 주 요소가 요구되거나 또는 요구되지 않는다는 것을 의미하기 위한 것이다. 두 가지 대안은 청구항의 범위 내에 있다고 할 수 있다. 함유하다, 포함하다, 갖는다 등의 보다 광범위한 용어의 사용은, ~로 구성되다, ~로 필수 구성되다, 실질적으로 ~로 이루어지다 등과 같은 더 좁은 용어에 대한 지지를 제공하는 것으로 이해해야 할 것이다.The use of the term "optionally" with respect to the elements of a claim is intended to mean that a main element is required or not required. Two alternatives may be within the scope of the claims. It is to be understood that the use of a broader term, including, including, having, etc., provides support for narrower terms such as consisting of, consisting essentially of, consisting substantially of, and the like.
"재생 촉매"라는 용어는, 특정 공정에서 효율적인 충분한 활동성을 회복한 촉매를 말한다. 이러한 효율성은 개별 공정 파라미터에 의해 결정된다.The term "regenerated catalyst" refers to a catalyst that has recovered sufficient activity that is efficient in a particular process. This efficiency is determined by the individual process parameters.
"소비된 촉매"라는 용어는, 특정 공정에서 더 이상 효율적이지 않은 촉매 활동성을 잃은 촉매를 말한다. 이러한 효율성은 개별 공정 파라미터에 의해 결정된다.The term "consumed catalyst" refers to a catalyst that has lost catalytic activity that is no longer efficient in certain processes. This efficiency is determined by the individual process parameters.
"제올라이트"라는 용어는, 예를 들어, 몇몇 알루미늄, 보론, 갈륨, 철 및/또는 티타늄과 보통 관련된 실리케이트 격자를 함유한 분자체를 말한다. 다음의 내용 및 본 개시를 통해, 용어 분자체와 제올라이트는 더 또는 덜 교대로 사용될 것이다. 당업자는 제올라이트와 연관된 사상은 소위 분자체라 하는 일반 물질에 적용될 수도 있다.The term "zeolite" refers to a molecular sieve containing, for example, a silicate lattice usually associated with some aluminum, boron, gallium, iron and / or titanium. Throughout the description and the present disclosure, the terms molecular sieve and zeolite will be used more or less alternately. Those skilled in the art can also apply the idea associated with zeolites to general materials called molecular sieves.
내용에 따라, 본 "발명"에 언급된 모든 참조는 어떤 상세한 실시예만을 언급하는 경우가 있다. 다른 경우에, 하나 이상에서 언급된 내용일 수 있으나, 모두 청구항일 필요는 없다. 이 특허에서의 정보는 유용한 정보와 기술과 결합되는 경우 당업자가 발명을 이용하고 사용할 수 있는 것을 포함한 본 발명의 실시예, 변형예, 및 예가 있을 수 있으나, 발명이 이러한 특정 실시예, 변형예, 및 예에 한정되지 않는다. 발명의 다른 실시예와 추가 실시예, 변형예, 및 예는 발명의 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있으며, 이러한 범위는 청구항에 의해 결정된다.Depending on the content, all references mentioned in this "invention" may refer only to certain detailed embodiments. In other instances, the content may be one or more of the above, but all need not be claimed. The information in this patent may include embodiments, modifications, and examples of the invention, including those that can be used and used by those skilled in the art when combined with useful information and techniques, but the invention is directed to such specific embodiments, modifications, And it is not limited to the example. Other and further embodiments, variations, and examples of the invention can be devised without departing from the scope of the invention, which is defined by the claims.
Claims (21)
포름알데히드를 포함하는 제 1 생성물 스트림(product stream)을 형성하기 위해 하나 이상의 제 1 반응기에서 메탄올을 포름알데히드로 변환하는 단계와,
스티렌을 포함하는 제 2 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 제 2 반응기에서 톨루엔과 포름알데히드를 반응시키는 단계를
포함하는, 스티렌을 제조하는 방법.In the method for producing styrene,
Converting methanol into formaldehyde in one or more first reactors to form a first product stream comprising formaldehyde,
Reacting toluene with formaldehyde in one or more second reactors to form a second product stream comprising styrene
A method for producing styrene, comprising.
포름알데히드, 수소, 물, 또는 메탄올 중 하나 이상을 포함하는 제 1 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 제 1 반응기에서 메탄올을 포름알데히드로 변환하는 단계와,
상기 제 1 생성물 스트림으로부터 포름알데히드를 분리하기 위해 제 1 분리 단계로 상기 제 1 생성물 스트림을 보내는 단계와,
스티렌, 톨루엔, 물, 또는 포름알데히드 중 하나 이상을 포함하는 제 2 생성물 스트림을 형성하기 위해 하나 이상의 제 2 반응기에서 톨루엔과 포름알데히드를 반응시키는 단계와,
상기 제 2 생성물 스트림으로부터 스티렌을 분리하기 위해 제 2 분리 단계로 상기 제 2 생성물 스트림을 보내는 단계를
포함하는, 스티렌을 제조하는 방법.In the method for producing styrene,
Converting methanol into formaldehyde in one or more first reactors to form a first product stream comprising one or more of formaldehyde, hydrogen, water, or methanol,
Sending the first product stream to a first separation step to separate formaldehyde from the first product stream;
Reacting toluene with formaldehyde in one or more second reactors to form a second product stream comprising one or more of styrene, toluene, water, or formaldehyde, and
Sending the second product stream to a second separation step to separate styrene from the second product stream.
A method for producing styrene, comprising.
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